Geschossknall erkennen in weniger als 30µs

Ich denke, ein relativ einfacher Ansatz wäre tatsächlich, das analog mit 
Filtern zu lösen. Vielleicht ist auch einfach die Lautstärke des 
Geschoßaufpralls im Mikrofon so groß, daß man lediglich den Impuls 
erkennen muß, z.B. über Komparator.

Bei einem uP mit 100Mhz haste also höchsten 3000 Takte um 
sicherzustellen dass es wirklich ein Aufprall ist. Diese Anzahl 
verzögert sich natürlich noch um die analogen Baugruppen...

Mal als Denkansatz:
Schallgeschwindigkeit in Luft ist ungefähr 340m/s. Die Reaktionszeit 
soll 30µs betragen.

s = v*t = 0,0102m

Das Mikrofon müsste also etwa 1cm neben der Aufprallstelle positioniert 
werden. Das ist sicherlich nicht gerade trivial.

Mist da war wieder einer schneller.

> oder du
> rechnest die Laufzeiten bis zum Mikro und für die Analyse einfach wieder
> raus.

Und woher kennst du den Aufprallpunkt des Geschosses so genau? Wie oben 
bereits errechnet, bedeuten 30 Mikrosekunden (Das ist übrigens eine 
Millionstel-Sekunde, könnte hier das Problem liegen?) einen 
Positionsabweichung von gerade mal einem Zentimeter.

Das Ganze dreht sich um ein solches Schießkino: 
http://www.luftgewehr-schiesskino.de/

Es wird mittels Beamer ein Bild auf eine Papierleinwand geworfen, hinter 
der sich ein Kugelfang befindet. Der Beamer wirft ein Bild auf die 
Leinwand, die man mit der Pistole o.ä. treffen muss. Der Einschlagpunkt 
des Geschosses wird erkannt und der Beamer stellt daraufhin ein neues 
Bild mit getroffenem Ziel her.

Es gibt an den vier Ecken jeweils ein Mikrofon. Das erste Mikrofon 
erkennt irgendwann das Aufprallgeräusch. Danach werden die Zeiten 
genommen, die es braucht, bis die drei anderen Mikrofone auslösen. Aus 
diesen drei Zeiten habe ich rechnerisch bereits die Koordinaten des 
Aufpralls errechnet.
Genauigkeit hängt hier von der Schnelligkeit der Messung ab. 10cm ist 
schon ein Muss. Das waren irgendwie die 30µs. Dass man nicht ganz an den 
Rand schießen muss, habe ich nicht bedacht. War irgendwie 
WorstCase-Denken. Es bleibt also etwas mehr Zeit. Viel mehr Zeit bleibt, 
wenn man die Mikrofone weiter weg montiert.

Die Lautstärke (Impuls von Sebastian) selber kann ich vielleicht nicht 
verwenden, da ich auch mit CO2-Pistolen darauf schießen möchte. Deren 
Müdnungsknall ist deutlich lauter als der Einschlag in den Kugelfang. 
Wenn man allerdings fertig mit der Lautstärkemessung ist bevor der 
Mündungsknall am Mikrofon ist und das ist ja der Fall, könnte das 
vielleicht wirklich einfacher sein.

Im Endeffekt muss ich erst einmal das Mikrofon an mein Oszilloskop 
anschließen und den Aufprall messen. Habe dafür nur diesen 150 Euro 
Bausatz von ELV. Der kann aber auch einen Frequenzgang darstellen.
Ich werde das über das Wochenende einmal versuchen.

Was bleibt dann prinzipiell?
- analoge Filter für ein paar charaktieristische Frequenzen?
- wie schnell wandeln denn erhältliche normalpreisige DSPs AD und 
erkennen die charaktieristischen Frequenzen?
Das Ganze soll auch nicht zu teuer werden bzgl. DSP-Boards und Brenner 
usw.
Würde analoge Lösung vorziehen.

Und reicht es aus, wenn man irgendwie durch Messung später Filter weiß, 
dass jetzt z.b. 100Hz, 200 Hz und 456khz stark ausgeprägt sind, um auf 
den Einschlag im Kugelfang zu schließen?

Wenn die verzögerung bei allen 4 mikrophonen gleich ist, kannst du diese 
einfach rausrechnen. selbst die schallgeschwindigkeit spielt keine so 
große Rolle mehr. Diese muss nur für den "Raum" um das Geschoss nur 
gleich sein.

vieleicht solltest du nur 3 Mikrophone verwenden, wenn der knall nur am 
Geschossfang erzeugt wird, reicht das doch locker aus. Wenn du einen 
vierten verwendest kannst du sogar noch den knall im Raum orten. dann 
muss er nurnoch auf den Geschossfang sein und kannst sicher sein das es 
nicht der CO2-Knall war.

die 30 µs die du meinst sind nur die Auflösung die du brauchst. ab das 
10 ms früher oder später passiert ist relativ egal, wichtig nur das es 
immer die gleiche zeit ist. diesen offset kannst du dann konstant 
abziehen.

Hm. das mit der verzögerung ist einleuchtend.
die schallgeschwingikeit würde ich errechnen über die zeit, die der 
schall braucht, um von einem zum anderen mirkofon zu kommen. den abstand 
kennt man ja. gerade weil die sich mit der temperatur ändert und ich 
abstände über diese geschwindkeit berechnen muss.

problematisch wird es aber dann, wenn die filter nicht alle gleich 
schnell sind. on man das gewährleisten kann mit analoger elektronik?
Mit welchen charteristischen Frequenzen muss ich beim aufprall rechnen? 
die sollen recht hoch sein.
Wenn diese zwischen 333khz und 500khz liegen, könnte ich den ne567 
bemühen. solche fertigen frequenzerkenner haben sicher den vorteil, dass 
die filter recht ähnlich sind und so kaum unterschiede auftreten würden.
kann mir nicht vorstellen, dass die laufzeit durch opamp-bandpässe immer 
gleich ist.

Hallo
Wie schnell du erkennst, ob ein Aufprall stattgefunden hat und wo dieser 
war ist nicht sehr kritisch. Wichtig ist ja nur den Zeitunterschied 
zwischen den Aufprallsignalen der 4 Mikrofonsignale zu ermitteln und 
daraus die Position zu  berechnen.

Wichtiges Stichwort hierzu: BEAMFORMING.
(Evt. auch akkustische Kameras).Mach dich darüber mal schlau. Wenn dus 
ganz wissenschaftlich willst: hier ein paar Links:

http://www.gfai.de/~heinz/publications/papers/2007_DAGA_Reko.pdf


http://www.bksv.com/pdf/bv0056.pdf

Gruss Gregor

Meinst du das ein Filter von der Güte b.z.w. Bandbreite so schnell 
einschwingt ?  Je höher die Güte kleiner die Bandbreite wird um so 
länger braucht das Filter um einzuschwingen.  Auch beim  Tondekoder mit 
dem PLL IC NE567 ist das so je kleiner die Loop Bandbreite ist desto 
länger braucht die PLL um einzuschwingen.  Auch ist die Frage wo du 
Mikros herbekommst mit 500KHz Bandbreite.

Gruss Helmi

@Andreas Schwarz
Das Beamforming ist ja fast eine Korrelation nur dass die einzelnen 
Abtastwerte addiert statt multipliziert werden und danach über den 
Betrag aufsummiert wird. Also eher weniger Rechenaufwand und vorallem 
bleibt der Wertebereich einigermassen klein (Fixkomma).
Mit einem PC und Matlab würde ich wohl auch eher korrelieren.

Hast schon recht, die Infos unter den angegebenen links sind schon zu 
kompliziert für diese Aufgabe, aber trotzdem könnte es "gast" vielleicht 
interessieren.

Gruss Gregor

Allerdings muss man beim Körperschall noch schneller sein, 
Schallgeschwindigkwit in eisen ist 5900m/s

gast schrieb:
> Es wird mittels Beamer ein Bild auf eine Papierleinwand geworfen, hinter
> der sich ein Kugelfang befindet. Der Beamer wirft ein Bild auf die
> Leinwand, die man mit der Pistole o.ä. treffen muss. Der Einschlagpunkt
> des Geschosses wird erkannt und der Beamer stellt daraufhin ein neues
> Bild mit getroffenem Ziel her.

Hatten wir diese Aufgabe nicht schon vor 2 Jahren bereist, als jemand 
mit Pfeilen sind Schiesskino betrieben hatte und nach Möglichkeiten 
suchte, die Treffer zu detektieren? Wurde seinerzeit mit einem Arduino 
gelöst, wenn ich mich recht entsinne.

Den Knall in 30us zu erkennen, wenn die Kugeln trifft, ist ein Blösinn, 
wenn die Kugel selber nur mit maximal 300 m/s fliegt. Da geht es eher um 
Millisekunden, meine ich.

Ausserdem könnte man auch schon die Mach-Welle erkennen, bevor es 
einschlägt. Machen die Profis auch so.